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两种材质的金属植入物对放疗剂量分布影响的研究
目的 分析两种不同材质(不锈钢、钛合金)的金属植入物对放射治疗剂量分布的影响.方法 首先用蒙特卡罗方法对加速器机头进行建模,再模拟计算用能量为6 MV的X射线照射不锈钢、钛合金植入物(厚度分别为0.4、1、2、4 cm)在水中的百分深度剂量分布,分析因两者材质不同引起剂量分布之间的差异,重点比较了射线在植入物入射面和出射面剂量变化.结果 在水中,在不锈钢、钛合金植入物的入射面剂量相对于水分别大约有24％、20％的提高,出射面剂量相对于水分别减少大约16.2％～55.1％、11.5％～35.0％.结论 不锈钢植入物对放射剂量的影响大于钛合金植入物,对于需要放疗的金属植入物患者选择钛合金材质的植入物为宜.
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深圳市居民通过蔬菜对镉的暴露风险评估
目的 评估深圳市居民通过蔬菜对镉的暴露风险,并分析主要原因和可能的控制措施.方法 应用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法检测蔬菜中镉含量,根据2008年深圳市居民蔬菜消费量数据以及2015-2016年深圳市蔬菜中镉污染数据,应用@risk软件模拟计算深圳市居民通过蔬菜对镉的暴露水平,应用回归分析探讨影响镉暴露水平的主要原因,应用应力分析探索可能的控制措施.结果 95％的深圳市居民通过蔬菜对镉的暴露水平低于0.296 6 μg/kg BW,按照经蔬菜摄入镉占总膳食中镉来源14％估计,有18.20％的深圳市居民通过蔬菜摄入镉超出世界卫生组织规定的暂定每月摄入耐受量(PTMI)值,叶菜的镉污染水平以及叶菜的消费量是影响通过蔬菜对镉暴露量的主要因素,通过将叶菜中镉污染控制在现有污染水平的80％以内可以将通过蔬菜对镉的总暴露水平均数下降35.58％,P95下降40.19％,镉摄入超PTMI值的人群比例降至10.50％.结论 深圳市居民通过蔬菜暴露于镉的风险较大,通过控制叶菜中高浓度镉污染可以在一定程度上降低居民通过蔬菜暴露于镉的风险.
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锥形束乳腺CT剂量模拟计算的验证
本文描述了用标准头部剂量体模测量锥形束乳腺CT的腺体剂量与用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法模拟计算锥形束乳腺CT的腺体剂量的一致性.这将有助于锥形束乳腺CT的乳腺腺体剂量的评估.
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基于医学图像处理的放射性药物内照射剂量计算
近年来,放射性核素治疗在临床上得到越来越广泛的应用,其治疗效果与核素在体内的辐射剂量分布有直接关系,所以内照射剂量是评估治疗方案的重要依据.Monte Carlo方法是一种十分重要的内照射剂量计算方法,其计算的结果取决于所选用的人体解剖模型.本文使用一种以VIP-MAN数据集和临床获取的医学图像数据相结合建立的、更加精确的Monte Carlo数字人体仿真模型进行剂量计算.
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一种新型算法在组织光学参数测量系统中的应用
无创测量确定生物组织的光学特性参数在医学诊断和治疗领域中有着广泛的应用前景.目前确定组织参数的方法多建立在单层模型条件下,而实际的许多生物组织均具有分层结构,比如在肌肉、颅骨等.因此在多层模型条件下反演计算组织参数具有更大的实际意义.近年许多研究者针对以上问题提出了各种解决方法,如小二乘法、神经网络方法等,但这些方法都存在需要时间过长或者误差较大的缺点.本文在组织参数测量领域引入数据挖掘办法--支持向量机(support vector machines,SVM),对双层模型中四个待定组织光学参数的确定进行了研究.结果 表明,利用SVM方法确定组织光学参数具有很好的准确性和实时性.
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鲜红斑痣病变皮肤激光能量分布的蒙特卡罗模拟
目的 了解激光与鲜红斑痣病变皮肤的相互作用过程,确定不同波长辐照时血管中的能量分布模式.方法 基于光子在分层组织模型中传输的蒙特卡罗模拟方法,建立以血管为主要研究对象的皮肤组织模型,探讨柱形血管截面上能量的分布规律.结果 在光束传输方向上,能量分布按指数规律衰减,且在不同的横向位置上衰减曲线不同,从血管中心到边缘纵向上能量梯度趋于平坦;同一波长下,小直径血管截面上的能量分布比大直径血管均匀,532 nm激光在血管截面上产生的能量极大值大于595 nm激光,沿垂直组织表面方向的衰减程度也强于595 nm激光.595 nm激光在血管截面上的能量分布相对平坦.结论 模拟表明鲜红斑痣组织模型中,血管目标在不同波长激光照射时具有不同的能量分布模式,组织内部的能量分布不仅与激光波长以及入射能量有关,也与组织的结构密切相关.
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四维动态数字人体模型的开发及其在放疗计划中评估器官呼吸运动影响的研究
目的 开发一种可以用于蒙特卡罗模拟的四维动态运动模型来研究不同放射治疗计划中器官运动造成的影响.方法 本文阐述了一个用在放射治疗计划上来研究器官运动影响的四维数字化人体模型.该模型通过对器官控制点的采样和使用非均匀有理B样条方法,对现存的三维VIP-Man(visible photographic man)模型利用临床中得到的呼吸运动数据进行器官控制点的时间,空间变换,进而得到四维的数字化人体解剖模型.一种蒙特卡罗代码,EGS4 (electron gamma shower, version 4),被用于对该四维VIP-Man模型进行放疗模拟.出于测试模型目的, 我们模拟了四维VIP-Man左肺部产生一肿瘤,通过传统三维四束对穿(前,后,左,右)来模拟计算呼吸运动对肿瘤剂量分配的影响.结果 在本次模拟研究中,从不同呼吸相位产生的剂量的差别可达40%.目标剂量容积直方图明显存在区别.结论 初步的研究证明了四维数字人体模型用于蒙特卡罗模拟计算中的潜能.
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Meta分析系列之五:贝叶斯Meta分析与WinBUGS软件
贝叶斯Meta分析(Bayesian Meta-Analysis)是近年来基于贝叶斯统计发展起来的一种新型的Meta分析方法,主要采用"马尔科夫链-蒙特卡罗"(Markov chain MonteCarlo,MCMC)方法、使用WinBUGS软件[1]进行.经典统计学派的统计量,往往不易找到其精确的有限样本分布,因此多数情况下是基于大样本渐近分布做出统计推断,而贝叶斯学派则可直接计算精确的有限样本分布,并不依赖于渐近理论,且充分考虑了模型的不确定性,故认为Meta分析贝叶斯估计更可靠、更合理,特别在有序数据及网状Meta分析[2]中有传统Meta分析无法企及的优点.当前,贝叶斯Meta分析已得到愈发广泛的应用,本文将简要介绍贝叶斯Meta分析与WinBUGS软件.
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2003年肾上腺素能阻滞剂在心血管疾病中的临床应用国际研讨会简介
本次研讨会于2003年2月28日～3月2日在摩纳哥的蒙特卡罗举行.来自世界各国共1 000余名心脏病专家出席,我国8 名医生应罗氏公司邀请参加会议.会议就肾上腺素能阻滞剂在心血管疾病中应用的热点进行讨论.
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用蒙特卡罗方法模拟实验体内金属植入物对放疗剂量分布影响
目的 用蒙特卡罗(MC)模拟实验体内植入金属物后的百分深度剂量变化。方法 用6MVX线照射水下 5 cm处0.4 cm厚金属植入物,对有无金属植入物百分深度剂量变化进行MC方法模拟实验并比较结果。结果 6MVX线照射置入不锈钢板、钛合金板比不用植入物时入射面剂量分别增加19.6％、15.7％,不锈钢板、钛合金板入射面0.3 cm以外影响＜1.5％。不锈钢板、钛合金板出射面剂量分别减少8.6％、8.2％,剂量影响＜1.5％时距离出射面1.2、0.9 cm。不锈钢板比钛合金板入射面剂量大3.9％,出射面剂量相似。结论 MC方法是一种能快捷、准确的计算方式,金属植入物对放疗剂量影响明显,相同条件下不锈钢对入射面剂量影响大于钛合金钢板。
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对金属植入物模体不同剂量计算方法研究
目的 分析比较含有金属植入物的12-bit和16-bit CT图像应用不同算法下剂量的差异.方法 将钛合金棒插入模体中,CT下进行扫描,重建图像得到12-bit和16-bit图像.通过网络传输到Monaco计划系统,设计一个0°的单野,分别用PB算法,CC算法和MC算法计算剂量分布;扩展CT-ED曲线,重新计算剂量.使用Matlab 8. 3数据处理软件获取沿射野方向通过金属植入物中心点的深度剂量曲线,对比12-bit和16-bit图像不同算法的剂量分布曲线和距金属植入物入射面与出射面不同距离处的剂量差异.并使用指形电离室进行测量.结果 16-bit CT图像能准确读出金属植入物的CT 值,扩展 CT-ED 曲线后,相对于 MC 算法,PB 算法在金属植入物入射面的剂量降低了5. 43%,而在出射面处剂量升高了25. 56%,在出射面后方剂量比MC算法结果高. CC算法降低了金属植入物入射面的剂量达4. 5%,出射面处的剂量降低了4. 31%,在出射面后方降低的更多. MC算法的计算值与测量值接近.结论 对含有金属植入物的放疗患者,使用16-bit CT图像并扩展治疗计划系统的CT-ED曲线,并利用MC算法可以提高剂量计算的精确度.
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补偿膜下空腔间隙对浅表组织剂量影响
目的 研究补偿膜下空腔厚度、面积及相邻间隔对浅表组织剂量的影响.方法 应用Geant4构建加速器模型,将计算数据与测量数据对比验证模型正确性.构建上表面位于加速器等中心的30 cm×30 cm×30 cm水模体及30 cm×30 cm×1 cm水膜,分别设计水膜与水模体紧密贴合和有不同空腔的模型,计算6 MV X线10 cm×10 cm射野下不同模型水模体中心轴深度剂量分布和0.1 cm深度侧向剂量profile(profile1),对比各空腔模型与紧密贴合模型所计算数据.结果 厚度≤0.5 cm时,空腔对大剂量深度(Dmax)和浅表剂量影响较小,随厚度增加,Dmax增加,0.1 cm深度处PDD(PDD1)迅速减小,profile1自空腔中心至边缘逐渐增加;随面积增加,Dmax先增大后减小,PDD1先减小后增大,面积较小时,自空腔中心至边缘profile1逐渐增加,面积较大时profile1则先减小后增加;空腔间隔≥0.2 cm时基本满足临床要求,≥1.0 cm时影响消失;远离空腔处profile1基本不受影响.结论 摆位时尽量减少补偿膜下空腔,使空腔足够薄、面积尽量小、相距间隔不宜太近.
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Monaco治疗计划系统中量化并构建电离室有效点计算模型
目的 蒙卡剂量计算中的统计噪声会影响有效点剂量测量的精度.采用用户定义的球体积替代有效点,围绕有效点进行球体取样可降低随机误差提高剂量统计精度.方法 将0.125cm3电离室(IC)放置在圆柱型均匀模体的中心分别在0°和90°进行直接剂量测量.在扫描的CT体模系列中,勾画IC敏感体积长度,将等中心点定义为模拟有效点.根据测量模式在治疗计划系统中模拟所有射野,采用2 mm体素计算网格间距要求相对标准偏差≤0.5％.在不同的采样球半径(2.5、2.0、1.5、1.0 mm)下对3种不同电子密度(ED) IC模型(模型A食管腔电子密度0.210 g/cm3、模型B空气电子密度0.001 g/cm3和模型C默认CT电子密度)计算值与测量值进行比较,确定MC计算统计不确定度对剂量精度影响.结果 在Monaco计划系统中对IC使用模型A且取样球半径为1.5mm时,计算统计值与测量值的绝对平均偏差小为0.49％.当IC使用模型B和模型C时,推荐统计采样球半径为2.5 mm,绝对平均偏差分别为0.61％和0.70％.结论 在Monaco治疗计划中,对31010电离室的有效点测量模型推荐使用电子密度为0.210g/cm3和取样半径为1.5mm球体积替代有效点剂量测量以减小蒙卡随机统计误差.
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基于蒙特卡罗方法评估四种治疗计划系统对前列腺癌调强放疗的计划质量
目的 使用蒙特卡罗方法 独立计算、评估及比较4种商用治疗计划系统设计的前列腺癌调强放疗(IMRT)计划质量,为临床选择治疗计划系统提供参考和依据.方法 分别使用Corvus、Xio、Pinnacle和Eclipse治疗计划系统设计11例前列腺癌IMRT计划.所有子野和机器跳数(MU)均移植到蒙特卡罗系统重新计算并比较,以临床接受标准评估剂量体积直方图和等剂量曲线分布[如99%CTV或PrV接受的小剂量(Dmin),1%CTV或PTV接受的大剂量(Dmax),接受110%、105%、95%处方剂量的CTV或PTV体积(V110%.、V105%、V95%),接受>65、>加Gy照射的直肠和膀胱体积(V65、V40),接受>50 Gy照射的股骨头体积(V50)].结果 蒙特卡罗和4种计划计算结果 剂量分布一致性都在3%/3 mm以内.与Corvus计划相比,Xio、Pinnacle、Eclipse计划结果 显示较低的靶区剂量差异,直肠和膀胱V65、V40也较低.和其他治疗计划结果 相比,Xio计划的PTV小剂茸约低2 Gy,Corvus计划的股骨头V50较低(0.03%和0.58%).Corvus计划需子野数和MU数多(187.8和1264.7),Pinnacle计划需要的少(82.4和703.6).结论 独立的蒙特卡罗系统能完成剂量重建和计划评估,并提供了一个公平的比较和评价治疗计划的平台,有助于临床选择更适合的治疗计划系统.用瓦里安23EX加速器对前列腺癌IMRT计划的设计结果 显示更倾向于用Pinnacle、Eclipse治疗计划系统.
关键词： 前列腺肿瘤/调强放射疗法 蒙特卡罗 治疗计划系统 -
电子束能谱宽度及角分布对蒙特卡罗方法模拟计算剂量分布影响
目的 研究电子束能谱和角分布对其放疗剂量分布影响.方法 应用模拟得到的医用直线加速器电子束能谱分布和角分布作为输入文件,使用经修改的PENELOPE程序中蒙特卡罗方法模拟计算电子束能谱宽度和角分布对射野中心轴剂量分布和离轴剂量分布.结果 电子束能谱宽度和角分布对射野中心轴剂量分布和离轴剂量分布无明显影响,剂量分布曲线几乎重合；只有在能谱展宽为2.5 MeV时才有明显影响,剂量分布曲线有显著差别.结论 根据本研究蒙特卡罗模拟计算结果设计治疗计划系统电子线算法时可不考虑能谱宽度和角分布影响,而直接使用电子线可几能量计算,这样可节省大约9％时间而有助于提高计算速度.
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Bolus与皮肤间空腔对浅层组织剂量沉积影响研究
目的 研究Bolus与皮肤间空腔厚度和面积对浅层组织剂量的影响.方法 运用Geant4构建出射6MVX线的加速器模型,模拟10 cm× 10 cm射野下出束情况并记录出射粒子相空间文件.在源轴距水平构建30 cm×30 cm×30 cm水模体,分别在其靠近加速器一侧构建紧贴模体表面及含有不同空腔的30 cm×30 cm×1 cm水膜,以相空间文件作入射粒子源,模拟粒子输运过程,获取水模体中心轴深度剂量分布和射野中心区域不同深度处侧向剂量profile.将含有不同空腔时的模拟数据与水膜和水模体紧密贴合时的数据进行对比.结果 空腔厚度≤5 mm时,影响较小,之后随厚度增加,大剂量深度(Dmax)增加,对应处百分深度剂量减小,侧向剂量profile受影响深度增加,中心区域剂量减小;随空腔面积增加,Dmax先增大后减小,对应处百分深度剂量先减小后增加,侧向剂量profile受影响深度先增加后减小,中心区域剂量先减小后增加;在远离空腔及深度≥15 mm时侧向剂量profile基本不受影响.结论 使用Bolus时其下空腔厚度应在5 mm以内,面积尽量小.
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基于已验6 MV X线相空间和能谱信息重建加速器机头蒙特卡罗模拟方法
目的：基于IAEA Varian 6 MV X线相空间文件和目标机头的光子能谱分布，建立一种新的蒙特卡罗模拟方法，重建医用加速器机头模型及X射线能量的能谱。方法对已验的6 MV X线相空间文件进行预处理，提升每个粒子能量；根据位置、能量不同将粒子保存到不同的Phase?Space?Let （ PSL）文件中，得到初始目标能量加速器机头的蒙特卡罗模拟的初始光子能谱；然后对某一待验目标能量（医科达PRECISE 10 MV X线）加速器机头的光子能谱，用初始光子能谱拟合得到拟合系数，即每个PSL的权重；后使用初始PSL文件和该权重信息重建出待验目标能量的加速器机头模型，对其不同开野进行中轴PDD分布的计算，并用一维γ通过率验证该方法的有效性。结果重建的10 MV光子能谱与已验的10 MV能谱峰值位置相同，整体分布一致；由重建的10 MV机头模型计算得到的PDD与实测的吻合度较高，一维γ通过率（参数1 mm 1％，Threshold＝0％）＞96％。结论笔者提出的蒙特卡罗重建方法可靠、准确有效。
关键词： X线能谱 机头模型重建 Phase-Space-Let文件 蒙特卡罗 -
降方差技术对伽马刀单源剂量场蒙特卡罗模拟计算效率和模拟结果准确性影响
目的：评价4种降方差技术（使用环形计数网格、设置较高的电子截止能量、部分结构内终止电子跟踪和源出射方向偏倚采样）对伽马刀单源剂量场蒙特卡罗模拟计算效率及模拟结果准确性的影响。方法使用蒙特卡罗程序MCNP对伽马刀单源结构进行建模，分别采用4种降方差技术模拟水模内剂量场分布，比较计算效率和模拟结果的准确性。结果上述方法均能显著提高计算效率，且对模拟结果准确性影响不大（相对误差＜2.5％）。但当所使用的电子截止能量高于50 keV时，因过度忽略了高能电子的散射作用及散射电子对半影区的剂量贡献，模拟结果出现较大误差。因过度忽略了高能电子的散射作用及散射电子对半影区的剂量贡献，在严重高估Profile平台区剂量的同时也严重低估了半影区剂量。结论合理使用降方差技术能显著提高伽马刀单源模拟的计算效率，但需认真考虑其对模拟结果准确性的影响。
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直线加速器8MV X射线能谱及结构研究
目的 研究医用直线加速器8 MV X射线的能谱结构,简化能谱结构的描述方式.方法 采用蒙特卡罗通用程序Geant4,对加速器产生的X射线能谱角分布和能谱结构进行研究.结果 通过对X射线能谱结构的调试形成具体加速器的虚拟X射线源,采用蒙特卡罗Gean4程序计算得出在该虚拟源辐射场中水模体内不同照射野的百分深度剂量以及照射野内不同深度处Profile剂量曲线与测量结果精确吻合.结论 放疗中具有相同能量的X射线都具有非常相近的能谱和能谱角分布,剂量学特性的细节差异反映了能谱角分布的细节差异.对利用测量剂量曲线快速建立源模型有着非常重要的意义.
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高时空分辨率功能磁共振成像的光子流蒙特卡罗反馈方法
目的 为了解决传统fMRI快速成像脉冲序列存在的空间分辨率相对低和时间分辨率低的固有问题,提出使用高时间分辨率脑皮层血氧动态光传感反馈技术,实现高空间分辨率MR成像.方法 多周期事件刺激实验产生的脑皮层血氧动态响应,由MRI线圈时分式频域数据采集,成像序列磁脉冲发射由光传感反馈控制;设计了光子在3D MRI数字化脑皮层多光学性质介质中迁移的蒙特卡罗程序.结果 脑皮层血氧响应状态及其重现状态能够精确光学监测,时分式k空间覆盖策略(TDC)成功采集高频数据.结论 该理论和算法具有高时空分辨率的成像性能优点,为MRI时空成像提供了新的有效手段.
